基于模式復用光通信系統的自相關零差探測裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種基于模式復用光通信系統的自相關零差探測裝置及方法，涉及光通信系統領域。該探測方法包括：將由N個相關波長光源分波得到的N個頻點光源中的一路光源分成兩路，一路用做參考光源，輸入到模式復用器的a模式，另一路和其余頻點光源經調制、合波后，輸入到模式復用器的b模式，經模式復用后發送至接收端；接收端進行模式解復用后，將a模式的信號對應的頻點光源作為本振光、b模式的信號對應的頻點光源作為信號光輸入到集成相干接收機中進行光電轉換，經過四路ADC采樣后由DSP完成信號恢復。本發明專利技術解決了頻率偏差和相位噪聲問題，且對應的光通信系統結構簡單，降低了數字信號處理算法的復雜度，保證了系統的譜效率。

【技術實現步驟摘要】
基于模式復用光通信系統的自相關零差探測裝置及方法
本專利技術涉及光通信系統
，具體涉及一種基于模式復用光通信系統的自相關零差探測裝置及方法。
技術介紹
數字相干檢測技術能實現全光的幅度調制，相位和偏振態管理以及能利用電子信號處理在電域中實現光纖鏈路損失補償等功能，加之其公認的高靈敏度優勢，數字相干檢測技術已成為目前商用光通信系統中普遍采用的接收方式。在數字相干檢測中，本振光與接收光信號之間的頻率穩定性是相當重要的，若激光器的頻率(或波長)隨工作條件的不同而發生漂移，本振光與接受光信號之間的頻率就會出現偏差，而伴隨出現的相位噪聲則會影響接收性能。采用常規方式如注入鎖模和光學鎖相環等方法來解決頻率偏差和相位噪聲問題，只能容忍很小范圍內的頻率偏移且結構復雜，相位噪聲估計也不易實現。而采用數字相干探測的方式，雖然頻率偏差和由于本振光和信號光之間產生的相位偏差可通過數字信號處理的方式得到補償，但該方法增加了數字信號處理運算的復雜度，增加了系統對數字信號處理芯片運算能力的要求和功耗，尤其是對于模分復用的WDM(WavelengthDivisionMultiplexing，波分復用)光通信系統來說，其系統對本振光和信號光頻率偏移更為敏感，系統也更加復雜，數字信號處理算法也更加復雜。目前新興的解決方案是采用自相關零差探測方法。自相關零差探測方法在消除頻率偏差及相位噪聲的同時，可有效降低接收機復雜度，放寬光源線寬要求，降低數字信號處理算法復雜度。但是，現有的自相關零差探測由于采用了不同波長、偏振態、不同纖芯的導頻遠端傳輸方式，使得系統的譜效率大幅降低，犧牲了系統的譜效率，因此還不是最理想的解決方案。
技術實現思路
針對現有技術中存在的缺陷，本專利技術的目的在于提供一種基于模式復用光通信系統的自相關零差探測裝置及方法，其使用方式簡單，可有效消除系統相位噪聲，無需考慮本振光與信號光的頻率偏移，且激光器數量少，對應的光通信系統結構相對簡單，降低了接收端數字信號處理算法的復雜度，保證了系統的譜效率。為達到以上目的，本專利技術采取的技術方案是：提供一種基于模式復用光通信系統的自相關零差探測裝置，包括發送端和接收端，其特征在于：所述發送端包括初始光源產生器、第一多載波光產生裝置、第一分波器、模式復用器、第一合波器和N個發送模塊，N為大于1的正整數，所述初始光源產生器、第一多載波光產生裝置、第一分波器、模式復用器順次相連，第一分波器還通過N個發送模塊與第一合波器相連，第一合波器與模式復用器相連；所述接收端包括模式解復用器、第二多載波光產生裝置、第二分波器、第三分波器、N個集成相干接收機、N個四路模數轉換器ADC和N個數字信號處理器DSP，所述模式解復用器分別與第二分波器、第二多載波光產生裝置相連，第二多載波光產生裝置與第三分波器相連，第二分波器、第三分波器均與N個集成相干接收機相連，每個集成相干接收機通過一個四路ADC與一個DSP相連；其中，所述模式復用器、模式解復用器均具有兩個模式：a模式和b模式，且模式復用器與模式解復用器之間通過光纖鏈路連接。在上述技術方案的基礎上，所述集成相干接收機包括用于接收信號光的第一偏振分束器、用于接收本振光的第二偏振分束器、2個90°混頻器和4個平衡接收機；第一偏振分束器、第二偏振分束器均與2個90°混頻器相連，每個90°混頻器各與2個平衡接收機相連。在上述技術方案的基礎上，所述初始光源產生器產生的光源為窄線寬光源。在上述技術方案的基礎上，所述光纖鏈路包括少模光纖和少模光纖放大器，且光纖鏈路中傳輸的信號的相關性保持不變。本專利技術還提供一種應用上述裝置的基于模式復用光通信系統的自相關零差探測方法，包括以下步驟：A、將接收端的初始光源產生器產生的光源，送入第一多載波光產生裝置中，使其產生N個相關波長光源；產生的N個相關波長光源經第一分波器后得到相應N個頻點光源，N個頻點光源中的一路光源經第一分波器分成兩路，一路用做參考光源，輸入到模式復用器的a模式的輸入端，另一路和其余頻點光源經發送模塊數據調制、第一合波器合波后，輸入到模式復用器的b模式的輸入端；通過模式復用器進行模式復用后的信號，經光纖鏈路傳輸至接收端，轉入步驟B；B、接收端的模式解復用器對接收到信號進行模式解復用，將兩個模式的信號分離；分離后的a模式的信號經過第二多載波產生裝置生成N個相關波長光源，N個相關波長光源經過第三分波器后得到N個a模式的頻點光源，每個a模式的頻點光源作為一個本振光輸入到一個集成相干接收機的本振光輸入端；分離后的b模式的信號經過第二分波器后得到N個b模式的頻點光源，每個b模式的頻點光源作為一個信號光輸入到一個集成相干接收機的信號光輸入端；每個集成相干接收機對接收到的光信號進行光電轉換后得到相應的電信號，電信號經過四路ADC采樣后，輸入到DSP處理，接收完成信號恢復，結束。在上述技術方案的基礎上，所述集成相干接收機包括用于接收信號光的第一偏振分束器、用于接收本振光的第二偏振分束器、2個90°混頻器和4個平衡接收機；第一偏振分束器、第二偏振分束器均與2個90°混頻器相連，每個90°混頻器與2個平衡接收機相連；步驟B中所述每個集成相干接收機對接收到的信號進行光電轉換后得到相應的電信號，具體包括以下步驟：由信號光輸入端輸入的信號光經過第一偏振分束器后分離成兩路信號偏振光，兩路信號偏振光分別輸出至兩個90°混頻器的信號輸入端；由本振光輸入端輸入的本振光經過第二偏振分束器后分離成兩路本振偏振光，兩路本振偏振光分別輸出至兩路90°混頻器的本振輸入端；每個90°混頻器進行四路輸出后，由對應的兩個平衡接收機分別接收，從而實現光電轉換。在上述技術方案的基礎上，步驟A中所述使第一多載波光產生裝置產生N個相關波長光源時，是基于循環頻率搬移產生方式、多級調制器級聯產生方式、脈沖光源產生方式或非線性介質產生方式中的一種。在上述技術方案的基礎上，步驟A中所述N個相關波長光源是由同一光源產生、且頻率間隔相同的多載波光。在上述技術方案的基礎上，步驟A中所述初始光源產生器產生的光源為窄線寬光源。在上述技術方案的基礎上，步驟A中所述通過模式復用器進行模式復用后的信號，經光纖鏈路傳輸至接收端時，光纖鏈路中傳輸的信號的相關性保持不變。本專利技術的有益效果在于：本專利技術基于自相關光源的頻率相關性以及模分復用時各模式間的互不干擾性，在接收端利用模式解復用，對在一種模式下傳播的參考光源進行多載波光生成多頻點本振光源，經過分波器分別輸入至對應信號波長的集成相干接收機的本振光輸入端，經過光電轉換后，經由數模轉換芯片及數字信號處理完成信號恢復。本專利技術中，由于是利用的同源自相關光源作為本振，其調制后的光載波和對應的本振光的頻率基本無偏移，相位噪聲也可在相干接收中得到消除，降低了數字信號處理的復雜度，且系統沒有單獨用空閑頻點作為參考光源，譜效率得到了保證，系統對激光器數量的需求小，對應的波分復用及模分復用系統結構相對簡單，相干接收端光端也無需鎖相環或者自動頻率控制等反饋裝置，其結構也得到了簡化，節約了系統成本。附圖說明圖1為本專利技術實施例中基于模式復用光通信系統的自相關零差探測裝置的結構框圖；圖2為本專利技術實施例中集成相干接收機的結構示意圖。具體實施方式以下結合附圖及實施例對本專利技術作進一步詳本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于模式復用光通信系統的自相關零差探測裝置，包括發送端和接收端，其特征在于：所述發送端包括初始光源產生器、第一多載波光產生裝置、第一分波器、模式復用器、第一合波器和N個發送模塊，N為大于1的正整數，所述初始光源產生器、第一多載波光產生裝置、第一分波器、模式復用器順次相連，第一分波器還通過N個發送模塊與第一合波器相連，第一合波器與模式復用器相連；所述接收端包括模式解復用器、第二多載波光產生裝置、第二分波器、第三分波器、N個集成相干接收機、N個四路模數轉換器ADC和N個數字信號處理器DSP，所述模式解復用器分別與第二分波器、第二多載波光產生裝置相連，第二多載波光產生裝置與第三分波器相連，第二分波器、第三分波器均與N個集成相干接收機相連，每個集成相干接收機通過一個四路ADC與一個DSP相連，其中，所述模式復用器、模式解復用器均具有兩個模式：a模式和b模式，且模式復用器與模式解復用器之間通過光纖鏈路連接，N個頻點光源中的一路光源經第一分波器分成兩路，一路用做參考光源，輸入到模式復用器的a模式的輸入端，另一路和其余頻點光源經發送模塊數據調制、第一合波器合波后，輸入到模式復用器的b模式的輸入端，所述初始光源產生器產生的光源為窄線寬光源，分離后的a模式的信號經過第二多載波產生裝置生成N個相關波長光源，N個相關波長光源經過第三分波器后得到N個a模式的頻點光源，每個a模式的頻點光源作為一個本振光輸入到一個集成相干接收機的本振光輸入端，分離后的b模式的信號經過第二分波器后得到N個b模式的頻點光源，每個b模式的頻點光源作為一個信號光輸入到一個集成相干接收機的信號光輸入端；每個集成相干接收機對接收到的光信號進行光電轉換后得到相應的電信號，電信號經過四路ADC采樣后，輸入到DSP處理，模式a為頻率為f1的參考光源，經過第二多載波光產生裝置后生成多個頻率為f'1、f'2、…、f'n的相關波長光源，經過第三分波器后，采用一對一的方式分別輸出至對應的集成相干接收機的本振光輸入端；另一個模式b為頻率f1、f2、…、fn的信號光，經過第二分波器后，采用一對一的方式分別輸出至對應的集成相干接收機的信號光輸入端；輸入的所述信號光ES和所述本振光ELO分別表示為：ES＝AS(t)exp(jωst)????(1.1)ELO＝ALO(t)exp(jωLOt)????(1.2)則對應的所述信號光的光功率PS和所述本振光的光功率PL0分別為PS＝|AS|...

【技術特征摘要】
1.一種基于模式復用光通信系統的自相關零差探測裝置，包括發送端和接收端，其特征在于：所述發送端包括初始光源產生器、第一多載波光產生裝置、第一分波器、模式復用器、第一合波器和N個發送模塊，N為大于1的正整數，所述初始光源產生器、第一多載波光產生裝置、第一分波器、模式復用器順次相連，第一分波器還通過N個發送模塊與第一合波器相連，第一合波器與模式復用器相連；所述接收端包括模式解復用器、第二多載波光產生裝置、第二分波器、第三分波器、N個集成相干接收機、N個四路模數轉換器ADC和N個數字信號處理器DSP，所述模式解復用器分別與第二分波器、第二多載波光產生裝置相連，第二多載波光產生裝置與第三分波器相連，第二分波器、第三分波器均與N個集成相干接收機相連，每個集成相干接收機通過一個四路ADC與一個DSP相連，其中，所述模式復用器、模式解復用器均具有兩個模式：a模式和b模式，且模式復用器與模式解復用器之間通過光纖鏈路連接，N個頻點光源中的一路光源經第一分波器分成兩路，一路用做參考光源，輸入到模式復用器的a模式的輸入端，另一路和其余頻點光源經發送模塊數據調制、第一合波器合波后，輸入到模式復用器的b模式的輸入端，所述初始光源產生器產生的光源為窄線寬光源，分離后的a模式的信號經過第二多載波產生裝置生成N個相關波長光源，N個相關波長光源經過第三分波器后得到N個a模式的頻點光源，每個a模式的頻點光源作為一個本振光輸入到一個集成相干接收機的本振光輸入端，分離后的b模式的信號經過第二分波器后得到N個b模式的頻點光源，每個b模式的頻點光源作為一個信號光輸入到一個集成相干接收機的信號光輸入端；每個集成相干接收機對接收到的光信號進行光電轉換后得到相應的電信號，電信號經過四路ADC采樣后，輸入到DSP處理，模式a為頻率為f1的參考光源，經過第二多載波光產生裝置后生成多個頻率為f'1、f'2、…、f'n的相關波長光源，經過第三分波器后，采用一對一的方式分別輸出至對應的集成相干接收機的本振光輸入端；另一個模式b為頻率f1、f2、…、fn的信號光，經過第二分波器后，采用一對一的方式分別輸出至對應的集成相干接收機的信號光輸入端；輸入的所述信號光ES和所述本振光ELO分別表示為：ES＝AS(t)exp(jωst)(1.1)ELO＝ALO(t)exp(jωLOt)(1.2)則對應的所述信號光的光功率PS和所述本振光的光功率PL0分別為PS＝|AS|2/2，PLO＝|ALO|2/2，其中AS，ALO分別代表所述信號光和所述本振光的復振幅，ωs，ωLO分別代表信號光和本振光的角頻率。2.如權利要求1所述的基于模式復用光通信系統的自相關零差探測裝置，其特征在于：所述集成相干接收機包括用于接收信號光的第一偏振分束器、用于接收本振光的第二偏振分束器、2個90°混頻器和4個平衡接收機；第一偏振分束器、第二偏振分束器均與2個90°混頻器相連，每個90°混頻器各與2個平衡接收機相連，所述信號光經過90°混頻器的輸出的四個信號光分別表示為：3.如權利要求1所述的基于模式復用光通信系統的自相關零差探測裝置，其特征在于：所述光纖鏈路包括少模光纖和少模光纖放大器，且光纖鏈路中傳輸的信號的相關性保持不變。4.一種應用權利要求1所述裝置的基于模式復用光通信系統的自相關零差探測方法，所述裝置，包括發送端和接收端，所述發送端包括初始光源產生器、第一多載波光產生裝置、第一分波器、模式復用器、第一合波器和N個發送模塊，N為大于1的正整數，所述初始光源產生器、第一多載波光產生裝置、第一分波器、模式復用器順次相連，第一分波器還通過N個發送模塊與第一合波器相連，第一合波器與模式復用器相連；所述接收端包括模式解復用器、第二多載波光產生裝置、第二分波器、第三分波器、N個集成相干接收機、N個四路模數轉換器ADC和N個數字信號處理器DSP，所述模式解復用器分別與第二分波器、第二多載波光產生裝置相連，第二多載波光產生裝置與第三分波器相連，第二分波器、第三分波器均與N個集成相干接收機相連，每個集成相干接收機通過一個四路ADC與一個DSP相連，其中，所述模式復用器、模式解復用器均具有兩個模式：a模式和b模式，且模式復用器與模式解復用器之間通過光纖鏈路連接，N個頻點光源中的一路光源經第一分波器分成兩路，一路用做參考光源，輸入到模式復用器的a模式的輸入端，另一路和其余頻點光...

【專利技術屬性】
技術研發人員：賀志學，李響，楊奇，
申請(專利權)人：武漢郵電科學研究院，
類型：發明
國別省市：湖北,42